冷凝器的毕业设计说明书

冷凝器的毕业设计说明书内容摘要：

数： 普朗特数： 由公式（ 218），得到管程表面传热系数： 污垢热阻和管壁热阻 由于所处理的物料种类繁多，操作条件各不相同，所以对污垢的生成规律较难掌握，加之人们对该问题的研究较少，以至于目前对污垢热阻的选取主要凭经验数据。 选择污垢热阻时，应特别慎重，尤其对易结垢的物料更是如此。 因为在这种情况下，污垢热阻往往在传热热阻中占有较大的比例，其值对传热系数的影响很大。 管外侧污垢热阻 管内侧污垢热阻 管壁热阻取决于传热管壁厚和材料，其值为： （ 220）式中：――传热管壁厚， m； ――管壁热导率。 常见金属材料的热导率见表 23。 表 23 常见金属材料的热导率 温度 0 100 200 300 400 铝 铜 碳钢 不锈钢 ― 管壁热阻计算，不锈钢条件下的热导率为。 所以 传热系数 （ 221）式中：――传热系数，； ――壳程表面传热系数，； ――壳程污垢热阻，； ――管壁热阻，； ――管程污垢热阻，； ――传热管外径， m； ――传热管内径， m； ――传热管平均直径， m； ――管程表面传热系数。 根据公式（ 322）可得冷凝器的传热系数： 传热面积裕度 在规定热流量下，计算了传热系数和平均传热温差后，则与对应的计算传热面积为 （ 222） 根据和可求出该冷凝器的面积裕度： （ 223）式中：――面积裕度； ――实际传热面积，； ――计算传热面积。 由于冷凝器常用于馏过程，考虑到精馏塔操作常需要调整流比，同时还能兼有调节塔压的作用，因而应适当加大其面积裕度，按经验，其面积裕度应在 30%左右 该冷凝器的实际传热面积为 该冷凝器的面积裕度为 传热面积裕度合适，该换热器能够完成生产任务。 壁温核算 核算壁温时，可按以下近似计算公式计算 （ 224）式中：，――分别为热流体侧和冷流体侧的管壁温度，； ，――分别为热流体和冷流体的平均温度，； ，――分别为热流体侧和冷流 体侧的表面传热系数； ，――分别为热流体侧和冷流体侧的传热面积，； ，――分别为热流体和冷流体的污垢热阻， 根据公式（ 224），求得管壁温度 管外侧冷凝膜温为：这与假设温度差距不大。 传热管壁温为： 压降校核 列管式冷凝器允许压降见表 24。 表 24 列管式冷凝器允许压降 操作压力 /Pa 允许压力 /Pa 管程壳程允许压降 计算管程压降 管程流体的压降等于流体流经传热管直管压降和冷凝器管程局部压降之和，即 （ 225）式中：――摩擦系数； ――局部阻力； ――壳程数； ――管程数； ――管程总压降； ――结垢校正系数，可近似取。 其中，直管部分的压降和局部压降可分别计算如下： （ 226） （ 227）式中：――摩擦系数； ――传热管长度， m； ――传热管内径， m； ――管内流速，； ――流体 密度，； ――局部阻力系数。 式（ 226）中的阻力系数一般情况下取 3. 取碳钢的管壁粗糙度为 ，则，而，于是 对的管子有。 管程流体的压降： 故 , 管程压降在允许范围之内。 计算壳程压降 用埃索法计算壳程计算壳程压降： （ 228）式中：――壳程总压降，； ――流体流过管束的阻力，； ――流体流过折流板缺口的阻力；； ――壳程结垢校正系数，液体取 ，气体取 ――壳程数。 其中 （ 229a） （ 229b）式中：――横过管数中心线管的根数； ――折流板数目； ――折流板间距， m； ――冷凝器壳程内径， m； ――壳程流体横过管束的最小流速，按流通面积 计算， m/s； ――管子排列形式对阻力的影响，正放形斜转时取 ，正三角形 时取 ； ――壳程流体摩擦因子。 流体流经管束的阻力 , , F ；； 因为 壳程内存在气体和液体，则以 50%汽相的分率来计算 壳程流体流速及其雷诺数分别为： 流体流过折流板缺口的阻力 总阻力 在允许范围之内。 冬季因素考虑 考虑到冬天冷水进口温度降低，假设进口温度为 C，出口温度为 33C，则以上所需实际换热面积更改。 循环水的定性温度： 入口温度为，出口温度为 冷却水的定性温度为 两流体在定性温度下的物性数据如表 25。 表 25 冷却水在定性温度下的物性数据 物性 流体 温度 ℃ 密度 kg/m3 粘度 mPa??s 比热容 kJ/ kg??℃ 导热系数 W/ m??℃ 二甲胺蒸汽冷凝器汽化潜热量为 冷流体吸收的热量 平均传热温差 平均温差 所以根据公式（ 210），（ 211）有 管子规格， L 9m。 管束排列方式：正三角形排列。 一壳程管程据之前计算知 而实际面积 则其面积裕度为：面积裕度过大。 因此考虑夏冬季得差异，取水的进口平均温度为 C，冷却水的出口平均温度为 38C 进行计算。 循环水的定性温度： 入口温度为，出口温度为 冷却水的定性温度为 两流体在定性温度下的物性数据如表 26。 表 26 冷却水在定性温度下的物性数据 物性 流体 温度 ℃ 密度 kg/m3 粘度 mPa??s 比热容 kJ/ kg??℃ 导热系数 W/ m??℃ 冷却水 33 估算传热面积 热流量 平均传热温差 管径和管内流速 选用较高级冷拔传热管（碳钢），取管内流速。 管程数和传热管数 可依据公式（ 25）确定单程传热管数 按公式（ 26）计算，单程所需的传热管长度为 现取传热管长 l ，按公式（ 27）则该换热器的管程数为 传热管总根数 管子规格， L。 管束排列方式：正三角形排列。 一壳程四管程平均温差 所以根据公式（ 210），（ 211）有 再由公式（ 29），算温差校正系数： 由于平均传热温差校正系数大于 ，同时壳程流体流量较大，故取单壳程合适。 壳体内径 采用单管程结构，壳体内径按式（ 214）估算。 按卷制壳体的进级档，可取 D 1200mm 则横过管数中心线管的根数 折流板 切去的圆缺高度为，折流板间距 B 为 450mm， 传热管长 /折流板间距 1 7500/4501 16（块） 冷凝器核算 壳程表面传热系数 由公式（ 217）求得当量管数 再通过公式（ 215）、（ 216），可得无量纲冷凝表面传热系数： 冷凝表面传热系数： 管内表面传热系数 可管程流体流通截面积求得管程流体流速，再通过公式（ 219），求雷诺数： 管程流体普朗特数： ： 由公式（ 218），得到管程表面传热系数： 污垢热阻和管壁热阻 管外侧污垢热阻 管内侧污垢热阻 管壁热阻计算，不锈钢条件下的热导率为 以 传热 系数 根据公式（ 321）可得冷凝器的传热系数： 据公式（ 222）所需换热面积为 而实际面积 则其面积裕度为：由于冷凝器常用于馏过程，考虑到精馏塔操作常需要调整流比，同时还能兼有调节塔压的作用，因而应适当加大其面积裕度，按经验，其面积裕度应在 30%左右 传热面积裕度合适，该换热器能够生产任务。 对数平均温差为夏季，水温由 C→ 43C， ℃ 对数平均温差为冬季，水温由 23C→ 33C， ℃ 夏天生产：需要换热面积 冬天生产：所需换热面积 面积裕度 由此可知该换热器在夏天使用时若仍按平均流速来计 算无法达到生产要求。 为了使能在夏天使用，水的流速可以增加以降低水的Δ。 计算如下： 176。 C → 176。 C 冷却水： 33176。 C→ 38℃ 根据公式（ 23）得逆流传热温差： 平均传热温差 所以根据公式（ 210），（ 211）有平均传热温差 换热面积 此时的流速为 而冬季面积裕度过大，可以通过管内的流速以增大水的Δ176。 C → 176。 C 循环水176。 C → 38176。 C 根据公式（ 23）得逆流传热温差： 平均传热温差 所以根据公式（ 210），（ 211）有平均传热温差 换热面积 此时的流速为 压降校核 计算管程压降 取不锈钢的管壁粗糙度为 ，则，而，于是 对的管子有。 管程流体的压降： 故 , 管程压降在允许范围之内。 计算壳程压降 流体流经管束的阻力 , , F ；； 因为壳程内存在气体和液体，则以 50%汽相分率的混合水蒸气来计算 壳程流体流速及其雷诺数分别为： 流体流过折流板缺口的阻力 总阻力 在允许范围之内。 换热器主要结构尺寸和计算结果 换热器主要结构尺寸和计算结果见表 27。 表 27 换热器主要结构尺寸和计算结果 参数 管程 壳程 流率 / 083 进 /出温度 / 28/38 密度 / 定压比热容 / 粘度 / 导热系数 / 设备结构参数 形式 固定管板式 台数 1 壳体内径 / 1200 壳程数 1 管径 / 管心距 / 32 管长 / 7500 管子排列 管数目 /根 980 折流板数 /个 16 传热面积 / 406 折流板间距 / 450 管程数 2 材质 不锈钢 主要计算结果 管程 壳程 流速 / 表面传热系数 / 4705 66908 污垢热阻 / 压降 / 14 46 热流量 / 传热系数 / 1002 裕度 /% 41 第 3 章 结构设计 壳体、管箱壳体和封头的设计 壁厚的确定 壁厚的确定表碳素钢或低合金钢圆筒的最小厚度 公称直径 400~ 800。